KR100287718B1 - 히트펌프의 압축기 예열 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프의 압축기 예열 제어방법에 관한 것으로서, 특히 히트펌프의 초기 동작시 전자팽창밸브의 개방 정도와 상기 압축기의 회전수를 조절하여 압축기의 내부를 예열시킴으로써 압축기의 내부에 존재하는 혼합유체의 점도가 감소되어 외기온도가 저온인 상태에서도 상기 압축기의 기동신뢰성이 크게 향상되도록 한 히트펌프의 압축기 예열 제어방법에 관한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 히트펌프가 정지된 상태에서 외기 온도가 기준온도 이하이면 전자팽창밸브를 차단하는 제 1 과정과, 상기 히트펌프가 동작되면 히트펌프의 동작시간이 제 1 기준시간에 도달할 때까지 압축기를 저속으로 운전시키는 제 2 과정과, 상기 히트펌프의 동작시간이 제 2 기준시간에 도달될 때까지 상기 전자팽창밸브를 기준펄스로 개방시킴과 동시에 상기 압축기를 중속으로 운전시키는 제 3 과정으로 이루어진다.

Description

히트펌프의 압축기 예열 제어방법{Control method for preheating of compressor in heat pump}

본 발명은 히트펌프의 압축기 예열 제어방법에 관한 것으로서, 특히 히트펌프의 초기 동작시 전자팽창밸브의 개방 정도와 상기 압축기의 회전수를 조절하여 압축기의 내부를 예열시키는 히트펌프의 압축기 예열 제어방법에 관한 것이다.

도 1은 히트펌프의 난방 운전 사이클이 도시된 개략도이고, 도 2는 히트펌프를 구성하는 압축기의 구조가 도시된 구성도이고, 도 3은 압축기 내부에 존재하는 혼합유체의 온도에 따른 점도 변화가 도시된 그래프이다.

도 1을 참조하면, 히트펌프의 난방 운전 사이클에서는 압축기(1)에서 압축된 고온 고압의 냉매가 4방향밸브(3)에서 진행방향이 절환되어 실내측에 설치된 응축기(5)로 유입되면, 상기 응축기(5)는 열을 방출하여 주위의 공기 온도를 상승시킴과 동시에 냉매를 상온 고압의 액체 상태로 변화시킨다. 이때, 상기 응축기(5)에 의해서 데워진 공기가 실내로 공급되어 난방을 수행하게 된다.

이후, 상기 응축기(5)에 의해 응축된 냉매는 전자팽창밸브(7)를 지나면서 감압되어 그중 일부가 감압됨으로써 액체와 기체가 혼합된 2상 상태가 된다. 즉, 상기 전자팽창밸브(7)는 냉매를 팽창시켜 증발하기 좋은 저온 저압 상태로 변화시킨다.

이후, 상기 전자팽창밸브(7)를 통해 팽창된 냉매는 실외측의 증발기(9)로 흡입되어 완전히 기화되고, 이렇게 증발된 냉매는 다시 4방향밸브(3)에서 진행방향이 절환되어 어큐뮬레이터(11)로 유입된다.

이때, 상기 어큐뮬레이터(11)는 액체 상태의 냉매와 기체 상태의 냉매를 분리하여 압축기(1)를 향해 기체 상태의 냉매만을 보내는 기능을 수행한다.

이후, 상기 어큐뮬레이터(11)를 통과한 기체 상태의 냉매가 상기 압축기(1)로 유입되면 1사이클이 완료된다. 이후, 상기의 과정이 반복되면서 실내의 난방 기능이 수행된다.

상기에서, 응축기(5)와 증발기(9)에는 각각 상기 응축기(5)와 증발기(9)의 방열 및 흡열 작용을 돕기 위한 시로코팬(6)과 송풍기(10)가 설치되며, 상기 시로코팬(6)과 송풍기(10)는 모터에 의해 구동된다.

상기한 바와 같은 히프펌프의 난방 운전 사이클에서, 냉매를 고온 고압의 증기상태로 압축시키는 기능을 수행하는 압축기(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 압축기(1)의 내부로 유입된 냉매를 압축시키는 압축부(11)와, 상기 압축부(11)를 작동시키기 위해 스테이터(13), 로터, 코일(15)로 이루어진 모터로 구성된다.

상기한 압축기(1)의 내부에는 상기 압축부(11)에 의해 압축되는 냉매와 상기 압축부(11)를 윤활시키기 위한 오일이 함께 혼합되어 존재하는데, 이러한 냉매와 오일의 혼합유체는 도 3에 도시된 바와 같이, 온도가 상승할수록 점도가 낮아지고 오일의 농도가 30%일 때는 1%일 때보다 점도가 급격히 높아지게 된다. 이때, 오일의 농도가 1%인 혼합유체는 오일에 냉매가 너무 많이 용해되어 윤활작용을 거의 수행할 수 없게 되므로 보통 압축기(1) 내부의 혼합유체는 1% 이상의 오일 농도를 갖게 된다.

상기한 바와 같이, 압축기(1)의 외부 온도가 낮아져 압축기(1) 내부의 혼합유체의 점도가 높아지면 상기 혼합유체로 인해 모터의 회전이 방해받게 되어 상기 모터의 전류값이 급상승하게 되고, 이 때문에 회로를 보호하기 위한 목적으로 전원이 차단되어 압축기(1)는 기동할 수 없게 된다.

따라서, 상기 압축기(1)에서는 외부 온도가 설정값 이하로 하강되면 상기 코일(15)에 미소전류를 흐르게 한 후 상기 코일(15)의 저항에 의해 발생된 열에너지를 이용하여 오일의 점도가 상승되는 것을 방지하는 방식으로 기동시의 부하를 감소시킨다. 또는, 상기 압축기(1)의 둘레에 축열재를 감는 방식을 이용하기도 한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 방식은, 압축기(1)가 장기간 동안 저온의 외부에 방치되는 경우 코일(15)에 열화가 발생되어 모터의 수명을 단축시키게 됨은 물론, 통전 상태를 유지해야 하기 때문에 대기전력 소모가 증가되어 압축기(1)의 운전비용이 상승되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 방식은, 만약의 화재에 대비하여 실외측 회로부에 별도의 안정장치를 추가 설치해야 하기 때문에 히트펌프의 설치비용이 상승되는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 종래의 방식은, 압축기(1) 내부의 오일이 사이클 상으로 빠져나가 회수가 안된 상태에서 외부 온도가 낮아져 통전되면 모터의 온도가 이상(異常) 상승되기 때문에 압축기(1)가 파손될 가능성이 크며, 사용자가 히트펌프의 전원 코드를 뽑아 놓고 장시간 방치한 후 다시 전원을 투입하여 난방시키고자 하는 경우 압축기(1) 내부에 있는 오일의 점도를 급히 감소시킬 수 없기 때문에 압축기(1)의 기동이 실패하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 히트펌프의 초기 동작시 전자팽창밸브의 개방 정도와 상기 압축기의 회전수를 조절하여 압축기의 내부를 예열시킴으로써 압축기의 내부에 존재하는 혼합유체의 점도가 감소되어 외기온도가 저온인 상태에서도 상기 압축기의 기동신뢰성이 크게 향상되도록 하는 히트펌프의 압축기 예열 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 히트펌프의 난방 운전 사이클이 도시된 개략도,

도 2는 히트펌프를 구성하는 압축기의 구조가 도시된 구성도,

도 3은 압축기 내부에 존재하는 혼합유체의 온도에 따른 점도 변화가 도시된 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 히트펌프의 압축기 예열 제어방법이 도시된 플로우챠트,

도 5는 본 발명에 따른 히트펌프의 압축기 예열 제어방법이 적용된 경우의 압축기의 예열 효과가 도시된 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 압축기 5 : 응축기

7 : 전자팽창밸브 9 : 증발기

21 : 온도센서

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 히트펌프의 압축기 예열 제어방법의 특징은, 히트펌프가 정지된 상태에서 외기 온도가 기준온도 이하이면 전자팽창밸브를 차단하는 제 1 과정과, 상기 히트펌프가 동작되면 히트펌프의 동작시간이 제 1 기준시간에 도달할 때까지 압축기를 저속으로 운전시키는 제 2 과정으로 이루어진 것이다.

또한, 본 발명의 부가적인 특징은, 상기 히트펌프의 동작시간이 제 2 기준시간에 도달될 때까지 상기 전자팽창밸브를 기준펄스로 개방시킴과 동시에 상기 압축기를 중속으로 운전시키는 제 3 과정을 더 포함하는 데 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 전자팽창밸브의 개방 정도와 압축기의 회전속도를 조절함으로써 압축기의 내부가 예열되어 외기온도가 저온인 상태에서도 압축기의 기동신뢰성이 크게 향상되는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 일반적인 히프펌프의 난방 운전 사이클이 도시된 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 히트펌프의 압축기 예열 제어방법이 도시된 플로우챠트이고, 도 5는 본 발명에 따른 히트펌프의 압축기 예열 제어방법이 적용된 경우의 압축기의 예열 효과가 도시된 그래프이다.

도 1 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 히트펌프의 압축기 예열 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, S10에서 히트펌프가 정지되면 S11에서 외기 온도가 -1℃ 이하인지 판단하여 외기 온도가 -1℃ 이하이면 S13에서 전자팽창밸브(7)를 차단한다.

이때, 상기한 외기온도는 실외에 부착되어 있는 온도센서(21)에 의하여 측정되며, 상기 S13과 같이 전자팽창밸브(7)를 차단하면 냉매와 오일의 혼합유체가 증발기(9)를 통해 압축기(1)로 유입되는 것이 방지되어 상기 압축기(1)내부에 존재하는 혼합유체의 양이 최소화된 상태로 유지되게 된다.

이후, S20에서 사용자의 조작에 의해 히트펌프가 동작되면 S21에서 히트펌프의 동작시간을 카운팅하는 타이머가 온되고, S23에서 상기 압축기(1)는 40㎐ 이하의 저속으로 운전된다. 이때, 상기 전자팽창밸브(7)는 차단된 상태를 계속 유지하여 압축기(1)로의 잉여 냉매의 유입을 방지하고 있다.

이후, S25에서 상기 타이머에 의해 카운팅된 히트펌프의 운전시간이 20초를 경과한지를 판단하여 상기 히트펌프의 운전시간이 20초를 경과하면 S27에서 상기 전자팽창밸브(7)를 200 펄스로 개방시킴과 동시에 상기 압축기(1)를 70㎐ 정도의 중속으로 운전시킨다.

이때, 상기 전자팽창밸브(7)를 차단하고 외기온도가 -5℃인 상태에 방치한 후 상기 압축기(1)를 20초 동안 40㎐ 이하의 저속으로 운전시키면 도 5에 도시된 바와 같이 상기 압축기(1)의 내부에 약 50℃의 온도 상승이 발생된다. 따라서, 상기 압축기(1) 내부에 존재하는 오일과 냉매로 이루어진 혼합유체의 점도가 충분히 감소되어 압축기(1)의 기동신뢰성이 확보되게 된다.

이후, S29에서 상기 타이머에 의해 카운팅된 히트펌프의 동작시간이 120초를 경과한지를 판단하여 상기 히트펌프의 동작시간이 120초를 경과하면 상기 전자팽창밸브(7)를 최적펄스로 개방시킴과 동시에 상기 압축기(1)를 최적 회전속도로 운전시킨다.

이때, 상기 전자팽창밸브(7)와 압축기(1)는 각각 상기 전자팽창밸브(7)와 압축기(1)를 최적 상태로 동작시킬 수 있도록 프로그램된 다른 알고리즘에 의하여 동작된다.

상기와 같은 과정을 통해 압축기(1)가 예열되어 상기 압축기(1)의 기동이 성공되면 히트펌프는 정상동작모드로 작동된다. 이후, 상기 히트펌프가 정지되면 상기의 과정이 되풀이된다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 히트펌프의 압축기 예열 제어방법은, 압축기(1) 내부에 존재하는 혼합유체의 양이 최소화된 상태에서 전자팽창밸브(7)를 차단하고 상기 압축기(1)를 20초 동안 40㎐ 이하의 저속으로 운전시킴으로서 압축기(1)의 내부가 약 50℃ 이상 예열되어 외기온도가 저온인 상태에서도 압축기(1)의 기동신뢰성이 크게 향상됨은 물론, 상기 압축기(1)의 예열로 인한 별도의 보호장치를 구비할 필요가 없게 되어 히트펌프의 설치비용이 절감되는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 히트펌프가 정지된 상태에서 외기 온도가 기준온도 이하이면 전자팽창밸브를 차단하는 제 1 과정과, 상기 히트펌프가 동작되면 히트펌프의 동작시간이 제 1 기준시간에 도달할 때까지 압축기를 저속으로 운전시키는 제 2 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 히트펌프의 압축기 예열 제어방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 히트펌프의 동작시간이 제 2 기준시간에 도달될 때까지 상기 전자팽창밸브를 기준펄스로 개방시킴과 동시에 상기 압축기를 중속으로 운전시키는 제 3 과정을 더 포함한 것을 특징으로 하는 히트펌프의 압축기 예열 제어방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 기준온도는 -1℃이고, 상기 제 1 기준시간은 20초이고, 상기 기준펄스는 200 펄스이고, 상기 제 2 기준시간은 120초인 것을 특징으로 하는 히트펌프의 압축기 예열 제어방법.